3-材料成形过程自动化-第三章计位置自动控制-gai.ppt

材料成形过程自动化,第3章 位置自动控制,3.1 轧机相关设备组成3.2 位置控制基本概念3.3 电动位置自动控制3.4 液压位置自动控制3.5 辊缝计算,2.1 轧钢设备组成,3.1 轧机相关设备组成,3.1 轧机相关设备组成,工作辊-四列圆锥棍子轴承,支撑辊-油膜轴承,3.2 位置控制基本概念,位置自动控制 在指定时刻将被控对象的位置自动地控制到预先给定的目标值上，使控制后的位置与目标位置之差保持在允许的偏差范围之内的控制，通常简称为APC（Automaticpositioncontrol）。,3.2 位置控制基本概念,APC在轧制控制中的应用：加热段：如炉前钢坯定位、推钢机行程控制、出钢机行程控制。轧制段：如立辊开口度设定、推床开口度设定、轧机APC等。其他：如夹送辊辊缝设定、助卷辊辊缝设定等,在轧制过程中，是指以被控对象的位置为被控量进行定位或随动控制的系统。主要包括两大类：,一类是电机作为执行机构，对拖动物体进行定位控制；一类是液压缸作为执行机构，对液压缸活塞位置进行随动控制；,3.2 位置控制基本概念,APC闭环控制系统基本构成：,被控对象,执行机构,D/A转换,控制系统,位置设定,+,-,检测装置,A/D转换,3.3 电动位置自动控制,3.3 电动位置自动控制,MTS:磁致伸缩位移传感器,量程：257600mm 分辨率：1m，2m，5m，10m 线性度：小于 0.01%重复性：小于 0.001%温度系数：小于15 ppm/C 滞后：小于4m，典型2m 工作环境温度：-4075C 工作环境相对湿度：90%无凝结 防护等级：IP67 供电：DC24，100mA,3.3 电动位置自动控制,传感器安装,3.3 电动位置自动控制,电动位置检测,3.3 电动位置自动控制,理想定位过程,运动系统，包括电动机及其负载的质量、摩擦和阻尼；运动系统的动态特性随时间、环境、整定值、位置的变化；减速点时间上的精确性过高，难以实现；,首先以最大允许加速度加速到最大速度；维持最大速度直到一定的位置偏差；以最大减速度减速到0，且位置差为0。,理想定位过程存在问题,提前进入减速段；速度设定值与位置偏差对应；设置死区,修正,3.3 电动位置自动控制,电动压下APC控制基本要求：电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩安全启动能在最短时间里完成定位动作速度快定位余差小精度高在控制过程中不应产生超调现象，并且系统应稳定无反复调节为了满足上述要求，必须按最佳控制曲线来进行控制。,3.3 电动位置自动控制,速度整定曲线,速度给定信号与位置偏差（设定值与实际值之差）之间的关系曲线，常用折线代替。x轴-位置偏差，ZE-死区，Vcrawl-爬行速度,3.3 电动位置自动控制,3.3 电动位置自动控制,由电机驱动的被控对象，存在有齿隙，如减速齿轮传动中、位置检测环节（如自整角机发信机）中的被控对象是通过齿轮箱与电动机相连。为了消除间隙对位置设定精度的影响，位置自动控制系统在对某些控制回路（如带钢热连轧机的出钢机的控制、压下位置设定、立辊开口度设定、侧导板开口度设定等）设定时必须保证设备按单方向进行。,方法是：不论位置设定值是在当时实际位置的前方还是后方，计算机总是使电动机最后停止前的转向为某一规定方向。例如规定某方向为正向，那么如果位置设定值在当时实际位置的后方，然后再正转，调到所要求的位置上。这样就保证了设备在任何情况下，都能在固定的运动方向上停车，从而消除了间隙对位置设定精度的影响。,提高精度的可靠性,3.4 液压位置自动控制,数字，增量型，分辨率为1m,SONY磁尺,3.4 液压位置自动控制,系统组成,1、被控对象：液压缸（轧机）2、执行机构：伺服阀3、检测装置：位置、油压、压力检测4、控制系统：计算机控制系统,3.4 液压位置自动控制,系统特点,电动：频响1-2Hz,加速度:2mm/s2,上升时间:400ms,定位0.1mm；液压：频响10-20Hz,加速度:500mm/s2,上升时间:30ms,定位0.005mm。,3.4 液压位置自动控制,3.4 液压位置自动控制,液压缸尺寸确定,根据最大轧制力：F=74000KN，油缸最大压力：P=22MPa 计算伺服缸活塞面积：A=F/P=（74/2）/22=1.6818（平方米）计算油缸直径：D=1.463m 取油缸直径：D=1450 mm,直径（截面积）和压力的矛盾和协调；位移传感器中心安装和对角安装；液压缸的行程保护；,注意问题,3.4 液压位置自动控制,伺服阀结构,P口：油源压力；T口：油箱压力（0压力），Y口泄漏油口；A口：液压缸无杆腔；B口：封闭；三位四（三）通电液伺服阀；节流口面积与控制电流成正比；,3.4 液压位置自动控制,液压缸结构,液压推上液压压下,轧机改造一般采用液压压下，压下螺丝截短，牌坊铣薄；液压推上可以方便调整轧制线，油柱调整范围不能太大；液压推上不易损坏，但也不易维护。,优缺点,液压缸移动速度,一般情况：5mm/s；特殊情况：25mm/s，带载压下，LP板轧制，平面形状控制,3.4 液压位置自动控制,伺服阀的流量要受控制电流和阀两侧压力差的共同影响，具有变增益特性；流量非线性补偿分上下运动两种情形，设Ps为油源压力，Pc为液压缸内油压，则：液压缸上行：液压缸下行：变增益系数作如下整定：,为液压缸油源压力这样，伺服阀流量与伺服阀电流成线性关系，可以通过程序对其进行精确的控制。,液压缸的变增益控制,3.4 液压位置自动控制,液压缸APC控制(PI),连续形式PID控制器：,离散形式PID控制器：,其中e(t)、e(k)为误差（设定值与实际值之差）,3.4 液压位置自动控制,液压缸设定值与反馈值,3.5 辊缝计算,3.5 辊缝计算,压下电机：被控量：压下电机转速（Profibus DP 通讯或硬线），离合器开闭，抱闸反馈：压下螺丝位置控制算法：速度整定曲线,液压缸：被控量：伺服阀（-10mA10mA 对应-100%100%）反馈：油柱高度控制算法：PID,3.5 辊缝计算,快速摆辊缝控制,摆辊缝前，液压缸油柱基准值设为一固定值，如10mm；根据当前辊缝设定值和液压缸基准值计算电动压下基准值；开始摆辊缝，液压缸和电动压下系统分别按照基准值摆辊缝；电动到位后，停止电动压下，由当前道次辊缝设定值和电动实际值计算液压缸基准值；液压缸按照新计算的基准值摆辊缝；液压缸到位后，摆辊缝完毕；精轧机末3道次辊缝差（如12mm），直接使用液压缸摆辊缝。,原则：大行程使用压下电机，小行程使用液压缸，保证摆辊缝速度和精度,3.5 辊缝计算,摆辊缝过程,